Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) – Expanding the Limits of Conventional Raman Analysis

Význam tématu

Ramanova spektroskopie nabízí neinvazivní identifikaci materiálů na základě jejich unikátních spektrálních otisků. Její slabinou je však nízká intenzita Ramanova rozptylu a rušivá fluorescence, což omezuje citlivost na úrovně tisícin koncentrace. Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) dokáže zvýšit citlivost až o deset milionůkrát, a otevírá tak cestu k detekci stopových látek v rozsahu ppm a ppb, což je klíčové pro forenzní analýzu, bezpečnost potravin i kontrolu padělků.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem textu je představit princip SERS a ukázat, jak pomocí přenosných přístrojů Metrohm Mira DS a nových P-SERS substrátů lze rozšířit možnosti Ramanovy analýzy mimo laboratoř. White paper shrnuje mechanizmus SERS, technologii inkjetového tisku nanokrystalů na papírové nosiče (P-SERS) a demonstruje aplikace v detekci heroinu, melaminu v mléce, barviva malachitové zeleně a pesticidu malathion.

Použitá metodika a instrumentace

• Ramanova spektroskopie: měření inelasticky rozptýlených fotonů z vibračních hladin molekul.
• SERS princip: adsorpce analyzovaných molekul na zlaté či stříbrné nanopartikule zvyšuje lokální elektromagnetické pole.
• P-SERS substráty: inkjet tisk stříbrných nanopartiklí na papírové nosiče; nízká cena, stabilita a vysoká reprodukovatelnost.
• Přenosný analyzátor Mira DS: kompaktní ruční přístroj s laserem, ORS technologie pro rovnoměrné nasvětlení a vestavěnou knihovnou spekter.
• Parametry měření: vypnuté rastrování, výkon laseru 2–4, integrační časy desítky až stovky milisekund, průměrování opakovaných skenů.

Hlavní výsledky a diskuse

• Heroin: v 18 vzorcích uličního heroinu (1–5 mg) detekce charakteristických Ramanových pásů bez interference fluorescence.
• Melamin v mléce: při 100 ppm po zakysání a odstředění získána čistá SERS čára, potvrzující schopnost analýzy v komplexním mléčném prostředí.
• Malachitová zeleň: dosažena detekce v řádu ppb, což ukazuje vysokou citlivost substrátů pro akvakulturní barviva.
• Malathion: 10 ppm pesticidu odhaleno čisté spektrum, což demonstruje vhodnost metody pro kontrolu reziduí v potravinách a vodě.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlý screening stopových látek bez složité přípravy vzorku. Polní operátoři a forenzní laboratoře získají nástroj pro okamžitou detekci drogových látek, kontaminantů potravin či pesticidů. Nízké provozní náklady, snadné použití a automatizované vyhodnocení zvyšují efektivitu a snižují laboratorní backlog.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Vývoj substrátů pro širší škálu materiálů a selektivních povrchových úprav.
• Integrace s chromatografickými štětci pro předčistění složitých vzorků.
• Využití ve zdravotnictví pro rychlou detekci biomarkerů.
• Implementace ve výrobních linkách potravinářského průmyslu pro online monitoring contaminantů.

Závěr

Komplexní spojení SERS a přenosného přístroje Mira DS s inkjetovými P-SERS substráty dramaticky rozšiřuje možnosti Ramanovy spektroskopie. Nabízí citlivé, rychlé a cenově dostupné řešení pro polní i laboratorní detekci stopových látek. Tato platforma slibuje další aplikace napříč forenzními, potravinářskými a průmyslovými obory.

Reference

• Hoppmann E P, Yu W W, White I M Highly sensitive and flexible inkjet printed SERS sensors on paper Methods 63 219–224 2013
• Yu W W, White I M Inkjet printed paper based SERS dipsticks and swabs for trace chemical detection Analyst 138 1020–1025 2013
• Yu W W, White I M Chromatographic separation and detection of target analytes from complex samples using inkjet printed SERS substrates Analyst 138 3679–3686 2013
• NIH Publication No 04-446
• FDA IA 99-30
• EPA HQ OPP 2009-0317 Docket
• CDC Wonder
• WP-026EN 2018